1、蘭州交通大學(xué)2010年管理運籌學(xué)大賽論文題目：集裝箱堆場箱位分配組長姓名:李欣娜論文編號：學(xué)校統(tǒng)一編號,個人不得填寫參賽人1:參賽人1:參賽人2：參賽人3：參賽人4：參賽人5：學(xué)院交通運輸學(xué)院班級信息管理與信息系統(tǒng)08姓名劉亞麗學(xué)院交通運輸學(xué)院班級交通運輸082姓名沈斌學(xué)院交通運輸學(xué)院班級 信息管理與信息系統(tǒng)08姓名學(xué)院交通運輸學(xué)院班級信息管理與信息系統(tǒng)08姓名學(xué)院班級論文編號:學(xué)校統(tǒng)一編號, 個人不得填寫論文編號:目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Current Document （一）摘要4 HYPERLINK l bookmark27 o

2、 Current Document （二）引言5一、研究背景5二、研究的目的和意義6 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document （三）正文6一、集裝箱堆場的概念6二、產(chǎn)生集裝箱倒箱的原因7三、箱位分配作業(yè)知識81 .分配區(qū)域劃分規(guī)則82.堆垛作業(yè)模式8四、集裝箱堆場箱位分配模型8.模型假設(shè)9模型建立9算法流程圖11五、算法實例12程序代碼13程序結(jié)果18說明18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document （四）結(jié)論18 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document （五）參

3、考文獻 18集裝箱堆場箱位分配（-）摘要港口碼頭與鐵路集裝箱辦理站的集裝箱堆場主要辦理集裝箱的發(fā)送，到達 和中轉(zhuǎn)作業(yè)，組織集裝箱門到門運輸。堆場內(nèi)每天到達的集裝箱數(shù)量很大，而 大多數(shù)堆場面積是有限的，因此起重機要頻繁的進行裝卸作業(yè)，為此，要求堆 場作業(yè)應(yīng)優(yōu)化箱位分配使得起重機作業(yè)次數(shù)最少。本文根據(jù)實際情況建立了以 提箱時間為制約因素，以起重機作業(yè)次數(shù)最少為目標的集裝箱后方堆場箱位分 配模型，并針對模型采用了群體智能搜索算法的解決方案。.首先分析了該問題中的種種不確定性因素，并按照自己的理解進行了合理 的假設(shè)以簡化問題。并通過分析說明落箱作業(yè)的影響因素包含了提箱作業(yè)時要 考慮的影響因素。詳細介紹

4、了落箱作業(yè)的作業(yè)模式，作業(yè)規(guī)則和作業(yè)過程，提 出了基于規(guī)則的推理過程來解決堆場箱位分配問題并通過推理機制得到合理的 放箱位置。接著分析了提箱作業(yè)優(yōu)化問題，將其歸結(jié)為一個最優(yōu)箱位最小次數(shù) 搜索的決策問題，建立了箱位分配優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，該模型以總作業(yè)次數(shù)最少 為目標，通過智能搜素的方法對問題進行求解。最后，本文對以5天內(nèi)，10個 箱位，2層為例的具體模型，計算了最優(yōu)解，表明了模型的最優(yōu)性和算法的可行 性。從而也說明了基于規(guī)則推理過程設(shè)計的合理性。實現(xiàn)了起重機的總的作業(yè) 次數(shù)最少的目的。關(guān)鍵詞：集裝箱堆場；作業(yè)規(guī)則；箱位分配；群體智能搜索；（二）引言一、研充背景當今世界上60%以上的海路運輸采用集裝

5、箱運輸?shù)姆绞剑貏e是在某些經(jīng)濟 發(fā)達的國家之間，集裝箱化己達到100%。隨著世界貿(mào)易的增長，集裝箱運輸 量持續(xù)增加，集裝箱港口作為集裝箱海路運輸?shù)钠瘘c和終點，同時也是銜接海 路與陸路的樞紐，港口之間的競爭越來越激烈，地理位置較近的港口之間表現(xiàn) 得尤為突出。集裝箱運輸量的增加，使得集裝箱船舶大型化趨勢日益明顯，最近建造的 PoNLMondriaan的容量己達到8450 TEU:大型船舶的投入使用，使得集裝箱碼 頭的作業(yè)效率成為集裝箱運輸?shù)钠款i，如何提高集裝箱碼頭的作業(yè)效率以適應(yīng) 集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展己經(jīng)成為許多國家的重要研究課題。隨著我國對外貿(mào)易的持續(xù)增長，集裝箱運輸量保持著較高的增長速度，2006

6、 年1至11月，全國主要港口累計完成國際標準集裝箱吞吐量萬TEU,比去年同 期增長233%。其中沿海港口完成萬TEU,比去年同期增長223%;內(nèi)河港口完成萬 TEU,比去年同期增長知 據(jù)預(yù)測，到2010年，中國港口集裝箱吞吐量將達到億 TEU：3o如此快速的增長為我國的集裝箱港口帶來了巨大的機遇和挑戰(zhàn)，除了加 大力度建設(shè)新的碼頭之外，在現(xiàn)有的港口規(guī)模下，如何挖掘潛力，改進管理水 平，提高生產(chǎn)效率，是港口面臨的共同問題。而且，我國的港口管理水平與發(fā) 達國家的現(xiàn)代化港口有較大的差距，相同規(guī)模的港口，其吞吐能力遠遜于國外, 單純地依靠增加設(shè)備投入并不是最經(jīng)濟的辦法，因此提高港口的管理水平，研 充更合

7、理的碼頭裝卸工藝流程也是當務(wù)之急。二、研充的目的和意義隨著我國集裝箱碼頭吞吐量的快速增長，集裝箱碼頭對堆場裝卸效率要求越 來越高。人們往往追求先進的設(shè)施、設(shè)備，忽略高效的基礎(chǔ)一一生成組織管理。 硬件設(shè)施設(shè)備屬于一種長期投資，投入成本高、回收慢，因此，必須在現(xiàn)有的 裝卸技術(shù)和硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更高的作業(yè)效率，才能在市場競爭中占有主 動地位。堆場管理是碼頭生成的一個重要環(huán)節(jié)，裝卸速度的提高很大程度上取決于碼 頭堆場箱區(qū)、箱位安排的合理性。合理安排箱區(qū)和箱位，不僅能減少翻箱率， 減少岸橋等箱的時間，提高碼頭裝卸速度，而且還能最大限度的提高堆場利用 率和碼頭通過能力，降低碼頭生產(chǎn)成本。（三）正文一、

8、集裝箱堆場的概念港口碼頭與鐵路集裝箱辦理站的集裝箱堆場主要辦理集裝箱的發(fā)送、到達和 中轉(zhuǎn)作業(yè)，組織集裝箱門到門運輸。堆場內(nèi)每個箱區(qū)有若干個箱位共存放集裝 箱，每個箱位從下到上可依次堆放集裝箱，能堆放集裝箱的數(shù)量叫做層數(shù)，按 由下到上的順序編號，如圖1所示。圖1箱區(qū)內(nèi)箱位與層示意圖二、產(chǎn)生集裝箱倒箱的原因由于堆場計劃做的不好和碼頭不可控制的隨機因素的影響等原因，堆場常 會發(fā)生倒箱。倒箱的原因主要有以下兒點：1）不同船名、航次的重箱混合進場。許多船公司先把重箱收進場，然后根 據(jù)情況給出船名、航次，這樣就可能產(chǎn)生不走船壓走船的現(xiàn)象。為順利進行裝 船作業(yè)，需將走船的集裝箱取出，放至適當位置。2）船公司

9、臨時改變某集裝箱的航次或目的港。碼頭必須修改裝卸船計劃， 導(dǎo)致部分集裝箱必須倒箱。3）不同重量級的集裝箱混合堆放。碼頭接受的重箱進場時隨機的，從而導(dǎo) 致輕箱壓重箱、輕重箱混合在一起的現(xiàn)象。為了保持集裝箱船舶的穩(wěn)定和縱向 強度，充分利用集裝箱船舶箱位，需在裝船前倒箱。4）為防止中途掛港船上倒箱，集裝箱班航線中途掛靠港較多，根據(jù)集裝箱 船舶中途掛靠港順序和集裝箱到達各掛靠港的情況，考慮途中掛靠港的裝卸情 況，碼頭裝船時，防止產(chǎn)生后掛港集裝箱壓前掛港集裝箱，堆場必須對集裝箱 按到港順序進行調(diào)整，從而產(chǎn)生堆場倒箱。5）特殊箱型的重箱由于在船上比較有固定的位置，裝卸作業(yè)前必須在堆場 內(nèi)單獨堆放，以便于裝

10、箱，從而導(dǎo)致倒箱，如冷藏箱、危險箱、框架箱、高箱 等。6）進口重箱發(fā)放給收貨人或內(nèi)陸承運人時，所產(chǎn)生的倒箱也是比較常見的, 因為他們來碼頭提箱是陸續(xù)和隨機的，不可避免地要產(chǎn)生倒箱。三、箱位分配作業(yè)知識在出口集裝箱的箱位分配問題中，根據(jù)堆場管理原則和作業(yè)設(shè)備的特點， 可得到多種關(guān)于作業(yè)的知識。按其作用可分為分配區(qū)域劃分規(guī)則、堆垛作業(yè) 模式和設(shè)備作業(yè)規(guī)則。分配區(qū)域劃分規(guī)則堆場集裝箱的堆放一般遵循PSCW原則，即對同一目的港(port.),同一 尺寸(size)、同一*種類(category)的集裝箱，按重量級別(weight)堆 放在堆場的同一貝上，滿足PSCW原則的集裝箱集合為同類箱組。按照這一

11、原 則，可以得到相應(yīng)的分配區(qū)域劃分規(guī)則，將同類箱組放在同一區(qū)域。堆垛作業(yè)模式堆垛作業(yè)模式(以下簡稱模式)指的是，對于街中的任意一個貝的各行, 集裝箱堆垛作業(yè)的方向及先后次序。常見的堆垛作業(yè)模式有從小行到大行、從 大行到小行、從中間到兩邊，如圖2所示。圖2堆垛作業(yè)模式圖2堆垛作業(yè)模式四、集裝箱堆場箱位分配模型為了提高箱區(qū)分配的有效性，除了要考慮當天的進場箱信息外，還需要充分 利用未來一段時間的信息。因進口箱在碼頭的存放時間都不超過5天。因此， 本文選擇5天作為箱位分配的決策周期，并將每天劃分成6個時段。此外，由 于信息每天都在不斷地更新，堆場分配方案也將隨之發(fā)生變化，堆場空間分配 計劃需要滾動更

12、新，因此本文選用滾動式堆場箱位分配計劃，如圖3所示。第一規(guī)劃時間段16121824303642第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 第七天第二規(guī)劃時間段圖3堆場箱區(qū)段滾動分配模型假設(shè)集裝箱堆場箱位分配模型基于以下假設(shè)：1）倒箱只發(fā)生在同一箱區(qū)中；2） 同一箱區(qū)中只放同一類型的箱子，即不考慮集裝箱的尺寸、輕重等因素的影響;3）貨主必須在約定時間內(nèi)提箱；4）該模型的堆場僅有一個箱區(qū)。5）所提到的 時間均以小時計。模型建立本模型選取從小行到大行以及混合作業(yè)模式，遵循小時間箱壓大時間箱的原 則，采用群體智能搜索方式，對集裝箱進行最優(yōu)箱位分配，目的是起重機的作 業(yè)次數(shù)最少，即倒箱次數(shù)最少。1）

13、假設(shè)有一個nXm的堆場，n表示層，m表示箱位，對堆場箱位進行編號。 如圖4所示。 nm a21a?2 a?mallan 圖4堆場編號示意圖2）考慮倒箱操作時所需要臨時專用的箱位，則該堆場最多能容納個箱子，即有nT個箱位留于倒箱操作時用。3）箱位選擇模式及規(guī)則匹配模式及規(guī)則匹配過程在方向上遵循堆垛作業(yè)模式，在作業(yè)順序上按照設(shè)備作 業(yè)模板執(zhí)行，采取從小行到大行作業(yè)模式和混合作業(yè)模板進行箱位匹配。(1)模板最小序號所在行和作業(yè)起始行對齊(圖5 (a)o若行己放滿箱,模板右移一位(b),知道模板最小序號所在位沒有放滿箱，匹配成功(c)。假 設(shè)模板區(qū)域內(nèi)所有箱位均帶有ri2作業(yè)順序號。(2)根據(jù)堆場狀態(tài)

14、和作業(yè)設(shè)備能力，選出可以分配的箱位，如圖5 (c)中(a)模板匹配起始狀態(tài)空位圖5(a)模板匹配起始狀態(tài)空位圖5模板匹配過程(從小行到大行)己放箱位置 口符合分配條件位置用二元函數(shù)/Uy)表示箱位是否為空，x為第i箱位，y為第j層，記1 空箱位0 滿箱位由于堆場對倒箱作業(yè)要進行預(yù)留n-l個箱位，則不妨規(guī)定在mXn的堆場中, 第m個箱位，第2層至第n層為倒箱作業(yè)的預(yù)留箱位，在后續(xù)搜尋過程中，該 預(yù)留箱位設(shè)為滿箱位。設(shè)當/(3)=0時，箱位上的集裝箱的等待時間為(i=l, 2,m; j=l, 2,n)；設(shè)下一個進場的集裝箱在堆場等待貨主提箱的等當集裝箱進入堆場時，檢查堆場中是否存在空箱位，若不存在

15、空箱位，則該 集裝箱不允進入堆場，在堆場外等候，直至堆場內(nèi)有集裝箱被貨主提取，產(chǎn)生 空箱位時，該集裝箱方可進入堆場。當集裝箱進入堆場時，若存在空箱位，采用圖5所示的箱位的模板匹配方式 尋找出可以分配的空箱位，即/(x,y)=lo(1)當yl時，對/(x,y)=l時中的y取最小值,即min y,則可得出位于最低層的空箱位，并且可以知道第y層以下的箱位為滿箱位。設(shè)當y = min y時，f(x,y-l) = l箱位為母)中的集裝箱的等待時間為t心)若tkl;若tktis),搜尋下一個yl,滿足/(x,y)=l的空箱位，并將該集裝箱放 于搜尋到的空箱位；若tQt心)，不存在下一個yl且滿足/(x,y

16、)=l的空箱位，則轉(zhuǎn)向(2);(2)當y=1時，對/(X,)，)=1時中的x取最小值，即min x,則可得出第 一層中具有最小箱位號的空箱位，并且可以知道第x箱位以后的箱位為空箱位。 設(shè)該滿足函數(shù)/(x,y)=l且x = min x且y = 1的箱位為apl (p = 1, 2,m), 并將該集裝箱放于此箱位a,】。對貨主提箱后的堆場箱位分配模型當貨主在約定時間內(nèi)來提箱時，將會產(chǎn)生新的空箱位，并且同時對堆場中的 集裝箱的等待時間進行更新。由于我們將一天劃分為6個階段，即每個階段為4 小時。若存在這樣一個箱位以，其滿足/(x,y)=O且y=l,其等待時間aj：i)=0的箱位的等待時間求和，取mi

17、nr的箱位列，設(shè) 滿足條件1的箱位為a”，并分別對其上層的集裝箱采取4)方法重新分配箱位, 然后將新到場的集裝箱k放于需的上一層，即箱位為5)。算法流程圖綜上所述，可以得到對集裝箱堆場箱位分配的算法流程圖，如圖6所示。五、算法實例本文以5天內(nèi)，10個箱位，2層為例，在Eclipse環(huán)境下實現(xiàn)了群體智能搜 索的算法，并編寫程序模擬了堆場堆箱的實際情況。將每天劃分為6個時段，5 天共30個時段。隨機對堆場進行初始化，使得堆場既存在空箱位，也存在滿箱 -12位，堆場內(nèi)的集裝箱的等待時間隨機產(chǎn)生，同時隨機產(chǎn)生進入堆場的集裝箱， 其等待時間隨機確定，等待時間到達，模擬貨主提箱，對堆場箱位及堆場中集 裝箱

18、的等待時間進行更新，最終得到第30個時段結(jié)束時，堆場內(nèi)集裝箱的分布 情況、集裝箱最終的等待時間以及在此30個時段內(nèi)，起重機的總作業(yè)次數(shù)。1.程序代碼package packageOl;uuport Suijishu(int T=O;int Tmax=5;int count=0;int s=new int 2 10;int b=new int20;public void GeneiateQ(double tl=()*10;Random r=new Random(long)t 1);fbi(mt i=0;i20;i+)(bi=(int)()*10+l);)public void MoveQ(for

19、(int i=0;i9;i+)sOi=bi;)for(mtj=0j9;j+)(sl|j=bj+9;)for(iiit i=0;i9;i+)!f(Sll=O)sli=sOi;while(TTmax)(fbr(iiit i=0;i2;i+)fbr(mt j=0;j10j -H-) (sij=si|j-l;if(sij=0)/接走sij=O；count+;)fbr(int m=0;m2;m-H-)fbr(mt n=0;n9;n+)(if(smn=0)(接受箱子smn=(mt)()*10);count+;mt max=sOO;mt q=0;for(mt i=0;imax)(max=sOi;q=K/取最

20、大的放在 空位1fdr(iiit e=0;esli)for(mtj=iJ10j+)(if(sOj=O)(if(sOisl|j)sOj=sOi;sOi=O;count-H-;else if(slj=O)(slj=sOi;s0i=0;count-H-;)else if(sOi=O)(fbr(mt j=ij10j+)(if(sOjsl|j)( sOi=sOj;sOj=O；count+;if(sOj=O)(lf(Slj=Sll)(sOi=slj;slj=O；count-H-;else sOj=sli;sli=0；COUllt-H-；)T+；fbr(mt i=0;i10;i-H-)(if(sli=O)(

21、sli=sOi;s0i=0;”箱垛的樣式：,);for(mt i=0;i2;i+)(fbr(mt j=0 J v 10 J +) )；)；起重機最少作業(yè)次數(shù)：”+count);public class jizhuangxiang (public static void niam(Stimg args)Suijishu ss= new SuijishuQ;0；0；mt niax=s00;iiit q=0;for(mt i=0:imax)(max=s0i;q=i;/取最大的放在空位fdr(iiit e=0;esli)for(mtj=iJ10j+)(if(sOj=O)if(sOislj)(sOj=s

22、Oi;s0i=0;count-H-;else if(slj=O)(slj=sOi;s0i=0;count-H-;)else if(sOi=O)(fbr(mt j=ij10j+)(if(sOjslj)( sOi=sOj;sOj=O； count+;if(sOj=O)(if(slj=sli)( sOi=slj; slU=O； count+;else( sOj=sli;sli=O； COUllt-H-；)T+;fdr(mt i=0;i10;i+)(if(sliO)(sli=sOi; s0i=0;”箱垛的樣式：M)；for(mt i=0;i2;i+)(,”)；)；”起重機最少作業(yè)次數(shù)：”+count);public class jizhuangxiang (public static void inam(Strmg args)( Suijishu ss= new SuijishuQ;0；0；2 .程序結(jié)果程序模擬結(jié)果如圖7所示 jizhuangxiang Java Application C:Pr0gr3m File